CN104310593A - 一种生物处理硐坑水中铊的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种工艺简单、处理成本低且不引入有害杂质离子的生物处理硐坑水中铊的方法，通过：首先，含铊硐坑水水质调节，然后进行生物滤池的培养与驯化，再进行铊离子的去除，最后生物滤池的反冲洗，使出水铊浓度低于《GB3838-2002地表水环境质量标准》规定的集中式生活饮用水地表水源地铊标准限值。

Description

一种生物处理硐坑水中铊的方法
一.技术领域
本发明涉及水处理技术领域，尤其是涉及硐坑水的处理，具体地说是一种生物处理硐坑水中铊的方法。
二.背景技术
黔西南是我国重要的Au-As-Hg-Tl的成矿地区，区内卡林型金矿富含As、Hg、Tl等重金属元素，这些金矿在开采过程中会产生低浓度含铊硐坑水。铊(Tl)是一种剧毒元素，其对哺乳动物的毒性仅次于甲基汞，远大于Hg、Pb和As等，毒性为氧化砷的3倍多。基于铊的剧毒性美国环境保护局规定工业排放水中铊的最高含量为0.14mg/L，生活饮用水中铊的最大残留量为2ug/L；中国目前尚未对工业排放水中铊的最大含量提出具体控制值，国家《GB3838-2002地表水环境质量标准》规定集中式生活饮用水地表水源地水体中铊的浓度不得高于0.1ug/L。由于铊在自然水体中以一价及其化合物的形式稳定存在，很难自然沉降。含铊硐坑水若不处理，将使河流沿岸水体造成长时间的污染，下游地表水源地的生活饮用水将受到巨大的安全威胁。
目前，针对铊污染治理技术的报道并不多见，大致可分为化学沉淀法、离子交换法和吸附法。化学沉淀法是通过向水中投加某些化学药剂，与水中污染物质发生化学反应生成难溶或微溶于水的沉淀物而使污染物得以分离去除的方法。化学沉淀法工艺简单、操作简便，但普遍存在处理深度不够的缺点，无法满足含铊废水的排放要求及饮用水的安全标准。此外，大量化学药剂的添加无疑增加了水体的二次污染。离子交换法具有简单易行，反应时间短、处理效果好，不易产生二次污染等优点。但离子交换剂的驱动力主要为静电作用，选择性不高，而水体中通常含有其它常规离子，故交换剂很容易失效。吸附法同样具有离子交换法的优点，目前主要集中于活性炭和纳米金属氧化物对Tl的吸附作用研究。但是，活性炭对铊的饱和吸附容量小；金属氧化物通常以超细粉体形式存在，应用于柱吸附系统时存在压降大或难以分离等工程技术瓶颈。
通常，受污染的硐坑水中铊的含量介于ppb和ppm之间，且与碱土金属离子共存。常规的化学沉淀法、离子交换法和吸附法受工艺条件、处理效果等限制，很难将受污染水体中铊浓度降至ppb级。因此，寻求一种工艺简单、处理效果好、不引入有害杂质离子，适合含铊硐坑水处理的方法具有重要的现实意义。
三.发明内容
本发明的目的在于克服现有除铊工艺的缺陷，提供一种工艺简单、处理成本低且不引入有害杂质离子的生物处理硐坑水中铊的方法，使出水铊浓度低于《GB3838-2002地表水环境质量标准》规定的集中式生活饮用水地表水源地铊标准限值。
本发明一种生物处理硐坑水中铊的方法，具体包括以下步骤：
首先，含铊硐坑水水质调节：用硫酸、氢氧化钠、石灰等药剂(盐酸除外)调节含铊硐坑水pH值在6～8之间，用MnSO4·H2O调节硐坑水中锰离子浓度在0.5～5mg/L之间，用FeSO4·7H2O调节硐坑水中亚铁离子在0.1～20mg/L之间，并用曝气方式控制硐坑水中溶解氧在4～6mg/L之间。
然后，进行生物滤池的培养与驯化：将铁锰氧化菌接种到装有锰砂、石英砂、磁铁矿等填料的生物滤池中，接种后在滤速2～5m/h、反冲洗周期48～72h、反冲洗强度10～15L/m2·s、反冲洗时间3～4min的条件下用已调节水质的含铊硐坑水进行培养，使铁锰氧化细菌大量繁殖，使之成为成熟的生物活性滤层。当滤层细菌数量在105个/mL以上或者出水铊浓度小于0.1ug/L时，可认为滤层已成熟，生物滤池的培养与驯化完成。
再进行铊离子的去除：含铊硐坑水于5～10m/h的滤速流经生物滤池时，由于在滤层中已形成由大量微生物、铁锰铊的氧化产物及其它杂质组成的混杂的反应表面，活性滤层中的微生物和滤料对水体中可溶性的一价铊进行快速的吸附，之后一价铊在微生物表面酶的催化作用下发生氧化并水解，氧化、水解生成不溶于水的Tl(OH)3使铊从水中得以去除，滤池截留下来的铁锰铊的氧化产物。
最后，生物滤池的反冲洗：当生物滤池运行24～48h时，在反冲洗强度15～25L/m2·s、反冲洗时间3～5min的条件下对其进行反冲洗，利用滤池的反冲洗过程实现细菌残体及截留物铁锰铊的氧化产物的清除，维持生物滤池生物量的平衡及系统的正常运行。
本发明的优点在于：
(1)只需在硐坑水中锰铁离子不足时才补加MnSO4·H2O和FeSO4·7H2O，且补加量很小，否则无需投加任何化学药剂，避免了水体的二次污染。
(2)利用铁锰氧化细菌氧化Tl+及Tl3+易水解的特性，使硐坑水中可溶性的铊转化为铊的难溶物，并通过生物滤料直接截留铊的难溶物。氧化与过滤同时进行，具有工艺简单、处理成本低等特点。
(3)出水铊低于0.1ug/L，出水铊浓度低于《GB3838-2002地表水环境质量标准》规定的集中式生活饮用水地表水源地铊标准限值。
四.附图说明
图1是本发明一种生物处理硐坑水中铊的方法的工艺流程图。
五.具体实施方式
下面结合附图1和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
含铊硐坑水进入曝气池经pH值调节、铁锰浓度调节和充氧后，进入生物滤池(滤料选用锰砂)，在生物滤池中，可溶性的Tl+被吸附、氧化和水解，所生成的铊的难溶物Tl(OH)3、MnO2和铁的氧化物被截留于滤层中。滤池出水为不含或微含铊的清洁水，流入清水池，反冲洗水为清水池出水。
在该技术流程中，采用硫酸和氢氧化钠调节pH值至6～8；分别采用MnSO4·H2O和FeSO4·7H2O调节Mn2+0.5～5mg/L和Fe2+0.1～20mg/L；充氧方式为微孔曝气器曝气，滤池进水溶解氧4～6mg/L。滤池在设计上按生物滤池设计，投产运行接种后采用低滤速，培养滤速为2～5m/h，以利微生物在滤层中的存活和附着。在培养的同时逐渐使细菌得以驯化，随着培养日期的延长，滤层中生物量呈对数增长，当检测滤层中细菌含量达到105个/mL以上时表明生物活性滤层已成熟，同时出水铊浓度小于0.1ug/L。此时可以将流速逐步提至生物滤池设计流速5～10m/h。反冲洗强度设计值15～25L/m2·s，过滤周期最短应在24h以上，在驯化培养期反冲洗时，应增加人为控制，反冲洗初期应利用阀门开启度控制冲洗初期强度，阀门开启度应设在设计开启度的40～50％，当滤层呈悬浮状态时，再全部打开阀门使冲洗强度达到设计要求。滤层成熟以后就可以直接按设计要求的反冲洗强度冲洗。
典型情况，硐坑水中铊浓度在10ug/L以下时，经曝气和调节水质(即pH6.50，Mn2+2.0mg/L、Fe2+3.5mg/L、DO4mg/L)，培养驯化期滤速3m/h，成熟期平均滤速为8m/h，反冲洗强度为20L/m2·s，培养驯化期为2～3个月。一级出水铊浓度小于0.1ug/L，铊的去除率在99％左右。
以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种生物处理硐坑水中铊的方法，其特征在于：步骤如下：
首先，含铊硐坑水水质调节：用硫酸、氢氧化钠、石灰调节含铊硐坑水pH值，用MnSO4·H2O调节硐坑水中锰离子浓度，用FeSO4·7H2O调节硐坑水中亚铁离子，并用曝气方式控制硐坑水中溶解氧在4～6mg/L之间；
然后，进行生物滤池的培养与驯化：将铁锰氧化菌接种到装有锰砂、石英砂、磁铁矿的生物滤池中，接种后，用已调节水质的含铊硐坑水进行培养，使铁锰氧化细菌大量繁殖，使之成为成熟的生物活性滤层；当滤层细菌数量在105个/mL以上或者出水铊浓度小于0.1ug/L时，表示滤层已成熟，生物滤池的培养与驯化完成；
再进行铊离子的去除：含铊硐坑水于5～10m/h的滤速流经生物滤池时，由于在滤层中已形成由大量微生物、铁锰铊的氧化产物及其它杂质组成的混杂的反应表面，活性滤层中的微生物和滤料对水体中可溶性的一价铊进行快速的吸附，之后一价铊在微生物表面酶的催化作用下发生氧化并水解，氧化、水解生成不溶于水的Tl(OH)3使铊从水中得以去除，滤池截留下来的铁锰铊的氧化产物；
最后，生物滤池的反冲洗：利用滤池的反冲洗过程实现细菌残体及截留物铁锰铊的氧化产物的清除，维持生物滤池生物量的平衡及系统的正常运行。
2.根据权利要求1所述一种生物处理硐坑水中铊的方法，其特征在于：用硫酸、氢氧化钠、石灰调节含铊硐坑水pH值在6～8之间，用MnSO4·H2O调节硐坑水中锰离子浓度在0.5～5mg/L之间，用FeSO4·7H2O调节硐坑水中亚铁离子在0.1～20mg/L之间。
3.根据权利要求1所述一种生物处理硐坑水中铊的方法，其特征在于：接种后在滤速2～5m/h、反冲洗周期48～72h、反冲洗强度10～15L/m2·s、反冲洗时间3～4min的条件下用已调节水质的含铊硐坑水进行培养。
4.根据权利要求1所述一种生物处理硐坑水中铊的方法，其特征在于：当生物滤池运行24～48h时，在反冲洗强度15～25L/m2·s、反冲洗时间3～5min的条件下对其进行反冲洗。
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